淺談柳樹嶺西溝供水管井設計與成井

施澤龍，孫 健

(吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林長春 130012)

1 概況

柳樹嶺西溝附近村民，原來生活用水主要取自柳樹嶺西溝溝口處的溝溪，由于附近采石場的超量開采、盲目爆破，致使溝溪水下泄干枯。給附近的村民生活用水帶來了嚴重的困難。為了解決柳樹嶺西溝附近村民生活用水問題，依據對西溝附近的水文地質條件的詳細勘察及飲用水標準、用水量等特定條件，對該處供水管井進行了有針對性的參數確定、管井結構設計、成井工藝選擇。

2 管井成井條件

2．1 地質條件

地質勘探資料顯示，西溝一帶地下0．00～7．00 m為黏土夾塊石砂礫石，灰—灰褐色，其中黏土占45．9%，塊石占 28．5%，砂礫石占 25．6%;7．00 ～12．90為塊石含粘土灰—黃褐色，其中塊石占55．7%，黏土占 29．5%，粉粒占 14．8%;12．90 ～120．60 m 砂巖，其中12．90～24．60 m巖石破碎，滲透系數 k=16．0 m/d;24．60 ～64．00 m 巖石致密堅硬、裂隙較發育，滲透系數 k=25．6 m/d;64．00 ～87．5 m 砂巖構造破碎帶滲透系數 k=18．3 m/d;87．50 ～92．00 m 砂巖斷層破碎帶，滲透系數 k=15．4 m/d;92．00 ～120．60 m砂巖構造破破碎帶。

2．2 水文條件［1］

勘探孔附近地下水有三種類型:黏土夾塊石砂礫石層及塊石含粘層含松散層孔隙潛水，水量比較貧乏，水化學類型以重碳酸鈉、重碳酸氯化鈉型為主，pH值在7．5～8．2之間，為中性—弱堿性水。砂巖層64 m以上及砂巖構造破碎帶基巖裂隙水(其中砂巖64 m以上地層為孔隙水、潛水下泄區段)，水化學類型比較簡單，以重碳酸鈉型、鈉鈣型、鈉鎂鈣型為主，礦化度＜1．0 g/L，水量較少。第三系孔隙承壓水，埋深為64．0～92．0 m，層位穩定，成巖作用差，膠結微弱，極有利于地下水賦存及運移。松散層孔隙潛水位于第四系的黏土夾塊石砂礫石土層及塊石含粘土灰層，受大氣降水補給，向溝坡下游排泄;第三系孔隙承壓水受巖性構造控制，接受側向徑流補給同時受大氣降水及潛水越流補給。

勘察孔抽水試驗結果為:出水量29 m3/d;初見水位1．20 m;動水位70 m。

2．3 取水要求

該區生產、生活用水量:20 m3/d。水質符合國家飲用水衛生標準。

井的使用壽命保證在50年左右。

3 管井主要參數設計［2］

3．1 管井井徑確定

井管直徑取決兩個條件:根據井的生產能力及揚程要求選取的水泵外壁尺寸;過水斷面滿足一定的出水要求。

最低動水位按降深為含水層厚度50%控制，得出最低動水位埋深為78 m左右。開采井要求的出水能力為不小于20 m3/d，可選用150 QJ6．5-88．5/9 型潛水泵，機組最大外徑145 mm，放入最小井徑150 mm，揚程88．5 m，故管井井內徑滿足水泵使用要求應不小于150 mm。

基于取水孔段埋藏較深、成巖條件差孔壁不穩定;及井的使用壽命要求，對井管的同心度、強度、耐久性要求較高，以及合理經濟要求選擇:172 mm鑄鐵井管，內徑152 mm壁厚10 mm，

人工填礫徑向單面厚度一般按50～100 mm控制;為更有效的過濾含水層的地下水，防止井淤，保證管井的使用壽命;填礫厚度取經驗值的100 mm，因此填礫井段的井徑為272 mm。

依據非承壓含水層出水量與井徑的關系經驗曲線、承壓含水層出水量與井徑的關系經驗曲線，及合理的鉆探孔徑級配;確定管井的井徑為300 mm。

3．2 管井井深確定

管井井深的確定主要依據含水層位置、地層結構情況;該供水井地下水埋藏較深，且地下水補給條件較差，屬相對貧水地層?？辈熨Y料揭示該水井取水位置最深層底深92．00 m，供水井總深度按最深層可開采水底版深度增加2～10 m沉砂管長度計;管井總深度確定為 96．00 m。

3．3 過濾器確定及設置

該區取水含水層為砂巖破碎、砂巖斷層破碎帶地層，故過濾器類型采用單層填礫過濾器，過濾管孔隙率按30%考慮，過濾管每節長4 m或6 m，兩端各留出15～20 cm不開孔，過濾管下部接4 m同直徑的封底沉淀管。濾水管的有效長度按下式計算:

式中:L為濾水管的有效長度(m);A為濾水管的外表面積(m2/s);V為進水滲透速度(m/d)。

過濾器應分段安置，分別在砂巖破碎層孔深12．9～24．60 m和砂巖斷層破碎帶地層孔深64．00～92．00 m處，累計長度約為39．70 m。

3．4 反濾結構

礫料尺寸與規格與含水層顆粒直徑相匹配，本區地層砂巖質軟，裂隙發育，不均勻系數η=8．3＜10，礫石規格由下式確定:

顆分成果表明:砂巖中顆粒多為0．075～0．25 mm的細粒占54．7%，d50為0．088 mm，按上式可確定出濾料規格 D50為0．5 ～0．7 mm。

濾料數量按下式計算:

式中:V為濾料填入量(m3);D2為鉆孔直徑(m);d2為濾水管外徑(m);L為填入礫料的高度(m);a為鉆孔超徑系數(1．2 ～1．5)。

單層填礫過濾器的填礫厚度為100 mm，填礫高度底部低于過濾管下端2 m以上，上部高出過濾管上端8 m以上。

4 供水井成井工藝［3－5］

依據管井設計要求，充分考慮水井的使用要求、經濟成本的合理性，結合該單位的實際情況。確定成井程序如下:水井成孔→井管安裝→填礫與止水→洗井→抽水試驗→井泵安裝。

4．1 水井成孔

采用貫通式潛孔錘反循環鉆進工藝成孔。保證了含水層裂隙的暢通;利用空氣作為排巖渣屑介質，保證了缺水地區的鉆孔正常的進行;提高了工作效率，簡化了成孔工序，使成孔、下管前洗井一次完成。

4．2 井管安裝

井管下管之前清除孔內殘留巖粉(屑)和大量濃泥漿，校正孔深和孔徑;保正孔內不含有巖粉或砂粒為止，下管深度滿足設計要求。

安裝井管包括井壁管、濾水管和沉砂管。井管連接采用螺紋連接，牢固可靠。井管安裝位置滿足設計要求。

4．3 填礫與止水

井管安裝后要進行圍巖填礫工序，在含水層和井壁管間，形成一層人工濾水層，增加進水面積、擋砂和延長井管使用壽命。填礫高度:96．00～14．00 m(82 m)為礫料密實后厚度，實際操作按10%的下沉高度控制，控制和記錄好填礫的情況，確保填礫的質量。填礫方法:動水填礫法(邊沖邊填，用鉆桿從井管內送水、井口封閉，使清水從井管外上返、井口人工填入礫料)。

粘土封閉止水，將粘土搓成直徑2～5 cm粘土球，邊填邊人工搗實。使粘土球成半干狀態，慢慢填入防止架空現象;人工搗實用力均勻，防止用力過大，保證井管同心度。

4．4 洗井

洗井方法:采用活塞和空氣聯合洗井方法。

洗井質量控制:執行《供水管井技術規范》GB50296—99。

4．5 抽水試驗

抽水方法:采用深井潛水泵抽水。

抽水試驗要求:執行《供水水文地質勘察規范》GB50027—2001。

4．6 井泵安裝

根據抽水試驗確定井泵規格并進行安裝。

5 結束語

供水管井的設計、成井，要全面的考慮到供水井的所在的水文地質條件、取水要求、成井技術的選擇、環境保護的要求、及可接受的工程造價、經濟效益、社會效益等。

［1］ 萬力，馬志靖，等．水文地質手冊．［M］．北京:地質出版社，1978．

［2］ 山西省勘察院．供水管井設計施工指南［M］．北京:中國建筑工業出版社，1984．

［3］ 張租培，等．碎巖工程學［M］．北京:地質出版社，2004．

［4］ 張租培，殷琨，等．巖土鉆掘工程新技術［M］．北京:地質出版社，2003．

［5］ 孫友宏，等．水井鉆井和成井新技術［M］．北京:地質出版社，2004．